Caracterização geotécnica da falésia da Ponta do Pirambu em Tibau do Sul-RN, considerando a influência do comportamento dos solos nos estados indeformado e cimentado artificialmente

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA FALÉSIA DA PONTA DO PIRAMBU EM TIBAU DO SUL ± RN CONSIDERANDO A INFLUÊNCIA DO COMPORTAMENTO DOS SOLOS NOS ESTADOS INDEFORMADO E CIMENTADO ARTIFICIALMENTE. Ricardo Nascimento Flores Severo. Recife ± PE 04 de agosto de 2011..

(2) RICARDO NASCIMENTO FLORES SEVERO. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA FALÉSIA DA PONTA DO PIRAMBU EM TIBAU DO SUL ± RN CONSIDERANDO A INFLUÊNCIA DO COMPORTAMENTO DOS SOLOS NOS ESTADOS INDEFORMADO E CIMENTADO ARTIFICIALMENTE. Tese apresentada ao Programa de Pósgraduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco, como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil.. Orientador: Roberto Quental Coutinho, D.Sc. Co-orientador: Olavo Francisco dos Santos Júnior, D.Sc.. Recife 2011..

(3) S498c. Severo, Ricardo Nascimento Flores. Caracterização geotécnica da falésia da Ponta do Pirambu em Tibau do Sul-RN, considerando a influência do comportamento dos solos nos estados indeformado e cimentado artificialmente / Ricardo Nascimento Flores Severo. - Recife: O Autor, 2011. xxvii, 280 folhas, il., gráfs., tabs. Orientador: Prof. Dr. Roberto Quental Coutinho. Tese (Doutorado) ± Universidade Federal de Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, 2011. Inclui Referências e Anexos. 1. Engenharia Civil. 2. Formação Barreiras. 3. Solos Cimentados. 4. Ensaios Triaxiais. I. Coutinho, Roberto Quental. (Orientador). II. Título. UFPE 624 CDD (22. ed.) BCTG/2011- 210.

(4) CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA FALÉSIA DA PONTA DO PIRAMBU EM TIBAU DO SUL ± RN CONSIDERANDO A INFLUÊNCIA DO COMPORTAMENTO DOS SOLOS NOS ESTADOS INDEFORMADO E CIMENTADO ARTIFICIALMENTE Ricardo Nascimento Flores Severo. TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.. Aprovada por:. __________________________________________ Roberto Quental Coutinho, D. Sc.. __________________________________________ Olavo Francisco dos Santos Júnior, D. Sc.. __________________________________________ José Maria Justino da Silva, D. Sc.. __________________________________________ Alexandre da Costa Pereira, D. Sc.. __________________________________________ Márcio de Souza Soares de Almeida, Ph. D.. __________________________________________ Nilo César Consoli, Ph. D.. Recife, PE - Brasil Agosto de 2011.

(5) ii AGRADECIMENTOS $ '(86 6HQKRU GRV ([pUFLWRV SRU WRUQDU WXGR SRVVtYHO H WHU PH FRQFHGLGR HP DEXQGkQFLDFRUDJHPIRUoDHIpSDUDYHQFHUDPDLRULDGDVEDWDOKDVHQIUHQWDGDVHGDUPHKXPLOGDGHUHVLJQDomRVHUHQLGDGHHSDFLrQFLDSDUDDFHLWDURVLQVXFHVVRVQDWXUDLVGD H[LVWrQFLDKXPDQD Ao meu orientador, Professor Roberto Quental Coutinho, pela orientação incondicional e diuturna com que me assistiu durante o desenvolvimento desta pesquisa e pela oportunidade de participar de diversas atividades e projetos extra-curiculares integrando a equipe do GEGEP. Sua vasta experiência como professor, pesquisador, consultor, capacidade administrativa para viabilizar projetos, seu entusiasmo, profissionalismo e fé inabalável no cumprimento da missão, foram fundamentais para o êxito deste trabalho. Agradeço sobremaneira pela amizade e confiança depositada.. Ao meu co-orientador Professor Olavo Francisco dos Santos Júnior, meu professor na graduação, professor e orientador no mestrado, incentivador e motivador para a continuação dos trabalhos de pesquisa que desenvolvemos na UFRN e IFRN desde o início da década passada, pelas orientações e oportunidades de aprimoramento profissional. Sua experiência como pesquisador e engenheiro de campo contribuíram sobremaneira para a realização das tarefas impostas pelo desafio. Agradeço ainda pela amizade e confiança dedicadas durante todos esses anos.. Ao Professor Nilo César Consoli, que com sua ampla e destacada atuação em pesquisas e consultorias geotécnicas, apoiou tempestivamente este trabalho desde seu início, ao disponibilizar seu know-how e equipe do LEGG da UFRGS para meu treinamento em Porto Alegre e Recife, acompanhou a aquisição, aperfeiçoamento e instalação de nossos equipamentos de laboratório, participou da banca de qualificação e observou nossos trabalhos recentemente em visita técnica ao Recife. Pela amizade e orientação.. Aos professores Márcio de Souza Soares de Almeida, Nilo César Consoli, Alexandre da Costa Pereira, José Maria Justino da Silva, dignos membros da banca examinadora, pelas orientações, disponibilidade e aceitação em participar da sabatinada..

(6) iii $RV SURIHVVRUHV Jaime de Azevedo Gusmão Filho, Willy Alvarenga Lacerda, Martin Fahey, Antônio Viana da Fonseca, Fernando Schnaid, Márcio de Souza Soares de Almeida, Luis Bressani, José Maria Justino da Silva, Alexandre da Costa Pereira, Jaime CabralHDWRGRVRVSURIHVVRUHVGDÈUHDGH*HRWHFQLDGD8)3(TXHFRQWULEXLUDPGLUHWD RXLQGLUHWDPHQWHSDUDDUHDOL]DomRGHVWDSHVTXLVDHGLUHWDPHQWHQRPHXDSULPRUDPHQWR SURILVVLRQDO À Universidade Federal de Pernambuco e ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil pela oportunidade de realizar meus estudos de doutoramento em tão destacada Instituição. $R ,QVWLWXWR GH (GXFDomR &LrQFLD H7HFQRORJLD GR 5LR *UDQGH GR 1RUWH ± ,)51 H D &RRUGHQDomRGH$SHUIHLoRDPHQWR3HVVRDOGH1tYHO6XSHULRU±&$3(6SHODFRQFHVVmR GD EROVD GH SHVTXLVD GR 3URJUDPD ,QVWLWXFLRQDO GH 4XDOLILFDomR 'RFHQWH SDUD D 5HGH )HGHUDOGH(GXFDomR3URILVVLRQDOH7HFQROyJLFD. $RVPHXVILOKRV*LXOOLDQD1LHGHUDXHU)ORUHV6HYHUR0DULD*DEULHOOD)ORUHV6HYHUR H 5LFDUGR$XJXVWR1LHGHUDXHU )ORUHV6HYHUR SHOR DPRUH DSRLRUHFHELGRV VHPSUHSHOR GHVSUHQGLPHQWRHDEQHJDomRFRPTXHHQIUHQWDUDPDPLQKDDXVrQFLDVLVWHPiWLFDGXUDQWH HVVHV~OWLPRVDQRVQHVVH PRPHQWRGHWUDQVLomRGHVXDV YLGDV GDDGROHVFrQFLDSDUDD LGDGHDGXOWD À Vânia Marisa Niederauer que até o ano passado apoiou-me nos momentos difíceis e na realização deste trabalho, pela abnegação demonstrada durante boa parte dessa empreitada e em muitos momentos de minha vida. $ PHXV SDLV$QJHOLQR GD 6LOYD 6HYHUR LQ PHPRULDP

(7) H 0DULD GH -HVXV 1DVFLPHQWR )ORUHV6HYHURSHODEDVHHPRFLRQDOVyOLGDHHQVLQDPHQWRVSDUDDYLGD À professora Karina Cordeiro de Arruda Dourado pelo amor, inspiração, disponibilidade incondicional e também pelo apoio em momentos decisivos da conclusão deste trabalho..

(8) iv Aos membros da nossa ABMS - Núcleo Nordeste pela oportunidade, amizade e confiança em mim depositadas para a realização deste trabalho e das diversas atividades e congressos de nossa entidade, conselheiros: Roberto Coutinho, Alexandre Gusmão e Joaquim Oliveira e os membros da diretoria: Isabella Santini, Stela Fucale, Karina Dourado e Igor Gomes.. Ao amigo, professor Osvaldo de Freitas Neto, pela grande amizade e disponibilidade total, pela ajuda nas discussões sobre o tema na parte de campo e laboratório, sobre alguns resultados e sobre seu vasto conhecimento de ensaios e equipamentos triaxiais em geral e formatação das planilhas Excel.. Ao amigo engenheiro D.Sc. Lucas Festugato pela amizade, transmissão de conhecimentos e experiências sobre os ensaios triaxiais em amostras instrumentadas de maiores dimensões em Porto Alegre e Recife, na montagem e calibração inicial dos equipamentos e pelo acompanhamento dos primeiros ensaios drenados e não-drenados. ¬ SURIHVVRUD 0DUJDUHWK 0DVFDUHQKDV $OKHLURV SHODV GLVFXVV}HV D UHVSHLWR GR WHPD H DMXGDQDFDUDFWHUL]DomRJHROyJLFDGDiUHDGHHVWXGR ¬ SURIHVVRUD Lúcia Valença, pela identificação e análise dos componentes do solo no laboratório de Geologia e Sedimentologia e ao técnico Felipe Santana.. Ao professor Valdir Manso no laboratório de Mineralogia e à Professora Valderêz Ferreira nos ensaios químicos no laboratório NEG ± LABISE e ao técnico Miguel Sebastião Chaves. $R DPLJR )UDQFLVFR &DUORV $OYHV 0RXUD técnico do Laboratório de Geotecnia e InstrumentaçãoGD8)3(SHORDSRLRH GLVFXVV}HVQDUHDOL]DomRGRVHQVDLRV TXH FRP VXD YDVWD H[SHULrQFLD GH PDLV GH WULQWD DQRV HP FDPSDQKDV GH FDPSR H ODERUDWyULR FRQWULEXLXHDX[LOLRXQDUHDOL]DomRGRVHQVDLRVWULD[LDLVHRXWURV Ao amigo doutorando engenheiro M.Sc. Saul Barbosa Guedes pela amizade, pelas discussões acaloradas sobre o tema de solos cimentados com fibras e outros agentes cimentantes, pavimentação, compactação e confecção das figuras e perfis no Autocad..

(9) v Ao amigo, professor Jean Luis Gomes de Medeiros, pela amizade, convivência harmoniosa nesses quatro anos, pelas muitas discussões sobre a Mecânica dos Solos, suas assertivas sempre pertinentes sobre o tema e ajuda nas análises mineralógicas.. À professora Régia Lúcia Lopes, pela amizade e companhia de viagem por mais de quatro anos entre Recife e Natal, onde discutíamos longamente sobre nossos temas de pesquisa e o andamento das atividades.. Aos amigos Dóris Rodrigues Coutinho, Ana Maria dos Santos, Bolívar, Evani e Cláudia Niederauer, Valmir e Jacilda Melo, Edwards e Hilda Trajano Pereira, Dante e Ana Henrique Moura, Emídio e Dinamara Dias, Salvador e Mari Siciliano, Ednilson e Simone Trajano, Romeika da Costa, João e Maria Gomes, Oscar de Oliveira Ramos Neto, Marcus Antônio Moreira de Lima e José Solano Branco pela amizade, apoio, transmissão de experiências e tranqüilidade.. Ao Sr. Andréas Friedrich Wagner (in memoriam) pelo apoio e amizade e a seu filho Márius Frederico Cerello Wagner proprietário do empreendimento Ponta do Pirambu ± Day Use, pela amizade e cessão do local para realização das atividades de campo.. Aos professores da UFRN, Marco Lacerda, Roberto Medeiros, Leonardo Flamarion Marques Chaves, Arthur Mattos, Valmir Melo, Luiz Alessandro Queiroz, Yuri Costa e Maria das Vitórias de Sá pela amizade e incentivo na elaboração deste trabalho.. Ao amigo Rinaldo José da Silva Júnior, secretário executivo do GEGEP, pela amizade, colaboração inestimável na execução das despesas e aquisição dos equipamentos, instalações e materiais de consumo, necessários para o andamento desta pesquisa. $RV FROHJDV H DPLJRV GR *(*(38)3( (YHUDOGR 3DXOR GD 6LOYD $QD 3DWUtFLD %DQGHLUD )UDQNVODOH 0HLUD 0DUtOLD 0DU\ .DULQD 'RXUDGR ,VDEHOD %HOOR 2OLYDO 6DQWLDJR%UXQRGH&DVWUR)HOLSH6DQWDQD5DIDHO/LUDH'DQL]HWL $RV FROHJDV GD ÈUHD GH *HRWHFQLD (GXDUGD .HOPD *HUVRQ GRV 6DQWRV 0DJGDOHQD -XOLDQD,QDOGR*HRUJHH/HGDSHORDSRLRHLQFHQWLYRDRORQJRGHVWHWUDEDOKR.

(10) vi À Equipe de Direção do IFRN, Reitor professor Belchior de Oliveira e Diretor de Pesquisa professor José Ivan Pereira Leite.. Á professora Carina Maia Lins Costa e aos demais colegas do Departamento de Construção Civil pelo apoio e incentivo para elaboração deste trabalho. ¬ VHFUHWiULD GD SyV-JUDGXDomR HQJHQKHLUD FLYLO $QGUpD 1HJURPRQWH SHOD DPL]DGH H DX[tOLRQDVWDUHIDVEXURFUiWLFDVH[LJLGDVSHOD&$3(6H8)3( ¬ equipe técnica do Laboratório de Geotecnia e Instrumentação, HQJHQKHLUR FLYLO $QW{QLR 5RGULJXHV GH %ULWR 6U 6HYHULQR &RVWD GD 6LOYD H *XWHPEHUJ )UDQFLVFR GD 6LOYD SHOD DPL]DGH FRQYtYLR KDUPRQLRVR H DX[LOLR QD UHDOL]DomR GDV WDUHIDV GH ODERUDWyULR ¬5RVH0DU\GR1DVFLPHQWRH6DUD'DQWDVSHORDSRLRHDPL]DGHHDIXQFLRQiULD9kQLD )UDQoD SRU VXD GLVSRVLomR HP PDQWHU DVVHDGDV DV LQVWDODo}HV GR ODERUDWyULR H SHOD DPL]DGH $ WRGRV TXH GH DOJXPD IRUPD FRQWULEXtUDP SDUD TXH KRXYHVVHP FRQGLo}HV GHVWH WUDEDOKRVHUGHVHQYROYLGR.

(11) vii Resumo A presente tese é um estudo experimental sobre o comportamento mecânico de solos sedimentares da Formação Barreiras, na falésia da Ponta do Pirambu no município de Tibau do Sul ± RN. Estudos anteriores indicam que a estabilidade de falésias no litoral do Rio Grande do Norte é garantida pela cimentação natural entre partículas. Esta pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de realizar a caracterização geotécnica da falésia e estudar a influência da cimentação do solo no seu comportamento. O conhecimento do comportamento e das variáveis que influenciam o comportamento de solos cimentados naturalmente e artificialmente é importante em vários problemas tratados na Engenharia Geotécnica. Foram identificados os processos da dinâmica natural atuantes na área de estudo. Em campo realizaram-se atividades como visitas técnicas, levantamento topográfico planialtimétrico, instalação de piezômetros e sondagens a percussão e mista (SPT + rotativa), com vistas a estabelecer o perfil da falésia. Em laboratório realizaram-se ensaios físicos, químicos, mineralógicos e ensaios do tipo triaxiais CID, com tensões efetivas de confinamento de 20kPa, 100 kPa e 300 kPa, com medida de pequenas deformações internas, axiais e radiais, utilizando sensores de efeito Hall, em amostras com diâmetro de dez centímetros. Inicialmente utilizaramse amostras indeformadas de solos das camadas do topo, meio e base da encosta e a seguir foram preparadas amostras cimentadas artificialmente com o solo do topo, para analisar o efeito do teor de cimento e da densidade sobre o comportamento do solo. Foram utilizados teores de cimento CP-V-ARI-RS de 2,0%, 3,5% e 5,0% em amostras moldadas com peso específico aparente seco de 17,2 kN/m³, 18,0 kN/m³ e 18,8 kN/m³, correspondentes aos pesos específicos das camadas de solo da falésia. Todos os ensaios triaxiais foram realizados com instrumentação eletrônica de carga, pressões, volume e deslocamento. Os resultados da caracterização geológico-geotécnica mostraram que a falésia apresenta uma fácie francamente fluvial de menor energia de transporte, perfil inclinado e altura de vinte e um metros. É composta por quatro camadas, topo, meio, base e camada denominada fortemente cimentada, localizada entre a camada do meio e da base. Os solos dessas camadas apresentam variados graus de cimentação. A análise dos ensaios triaxiais realizados ratificou a estrutura conceitual existente sobre solos cimentados apresentada na revisão bibliográfica e identificou a contribuição da cimentação do solo nas condições de estabilidade da encosta.. Palavras-chave: Formação Barreiras, Solos Cimentados e Ensaios Triaxiais..

(12) viii Abstract This thesis is an experimental study about the mechanical behavior of sedimentary soils of the Barreiras Formation, on the cliff of Ponta do Pirambu at the town of Tibau do Sul - RN. Previous studies indicate that the stability of cliffs at the coast of Rio Grande do Norte is guaranteed by natural cementation of particles. This research was developed in order to perform the geotechnical characterization of the cliffs and to study the influence of cementation on soil behavior. The knowledge of the behavior and the variables that influence the behavior of naturally and artificially cemented soils is important in several problems addressed in Geotechnical Engineering. The studied area is described by identifying the natural dynamic processes of the site. Field activities such as technical visits, planialtimetric surveying, installation of piezometers, auger drilling, percussion drilling and rotary percussion drilling were carried out in order to determine the profile of the cliff. In the laboratory, physical, chemical, and mineralogical tests were carried out. Particularly, CID triaxial tests were performed with effective confining stresses of 20 kPa, 100 kPa, and 300 kPa. The tests included measurements of small internal axial and radial strains, using Hall effect sensors in specimens with ten centimeters in diameter. Initially, undisturbed samples collected from the top, the middle and the base of the slope were tested. Then, artificially cemented samples were prepared with soil from the top, in order to analyze the effect of cement content and density on the behavior of the soil. Contents of CP VARI-RS cement of 2.0%, 3.5% and 5.0% were used in samples molded with dry unit weight of 17.2 kN/m3, 18.0 kN/m³ and 18.8 kN/m3. Those values correspond to the natural unit weight of the soil layers of the cliff. All triaxial tests were conducted with electronic instrumentation for load, pressure, volume and displacement measurements. The results of geological and geotechnical characterization showed that the cliff has a frankly fluvial facie of lower transport energy, with an inclination of 40° from the bottom to the top and height of twenty-one meters. It consists of four layers, top, middle, base and strongly cemented base located between the middle layer and the base. The soils of this layers have varying degrees of cementation. The analysis of the triaxial tests performed as part of this investigation confirmed the existing conceptual framework on cemented soils presented in literature and identified the contribution of cementation of the soil for the stability of the slope.. Key Words: Barreiras Formation, Soils-cement, Triaxial Test.

(13) ix SUMÁRIO. LISTA DE FIGURAS. xiv. LISTA DE TABELAS. xxii. LISTA DE SIGLAS. xxiv. LISTA DE SÍMBOLOS. xxv. CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO. 1. 1 1 ± Relevância e Justificativa do Trabalho. 1. 1.2 ± Objetivos da Tese. 3. 1.2.1 ± Objetivo Geral. 3. 1.2.2 ± Objetivos Específicos. 3. 1.3 ± Organização da Tese. CAPÍTULO II CIMENTADOS. ±. REVISÃO. 4. BIBLIOGRÁFICA. SOBRE. SOLOS 6. 2.1 ± Considerações Iniciais. 6. 2.2 - Solos Cimentados Naturalmente. 11. 2.2.1 ± Solos Residuais Cimentados. 18. 2.2.2 ± Solos Sedimentares Cimentados. 23. 2.2.3 ± Dificuldade de Modelagem de Perfis de Solos Cimentados. 25. 2.3 - Solos Cimentados Artificialmente. 28. 2.4 - Parâmetros Chave no Controle da Resistência Mecânica de Solos Cimentados Artificialmente - Influência do Fator Vazios/cimento. 37. CAPÍTULO III ± DESCRIÇÃO GERAL DA ÁREA DE ESTUDO E DA FORMAÇÃO BARREIRAS. 47. 3.1 ± Área de Estudo. 47.

(14) x 3.1.1 ± Geologia. 48. 3.1.2 ± Características Geotécnicas. 51. 3.1.3 ± Características Físicas, Climáticas e Morfológicas. 55. 3.1.4 ± Mineralogia. 56. 3.2 ± Processos Naturais da Dinâmica das Falésias em Tibau do Sul. 57. 3.2.1 ± Erosão Pluvial. 58. 3.2.2 ± Deslizamentos. 63. 3.2.3 ± Quedas e Tombamentos. 65. 3.2.4 ± Ação do Mar na Base da Falésia. 66. 3.2.5 ± Perfis Tipo. 67. 3.2.6 ± Considerações Gerais Sobre a Dinâmica das Falésias em Tibau do Sul. 70. 3.3 ± Falésia da Ponta do Pirambu. 71. 3.3.1 ± Escolha da Encosta Experimental. 72. 3.3.2 ± Características do Empreendimento. 74. CAPÍTULO IV - PROGRAMA EXPERIMENTAL E METODOLOGIA DAS ATIVIDADES DE CAMPO E LABORATÓRIO. 76. 4.1 ± Programa Experimental. 76. 4.2 ± Atividades de Campo. 78. 4.2.1 ± Levantamento Topográfico Planialtimétrico. 78. 4.2.2 ± Sondagens Geotécnicas de Simples Reconhecimento. 78. 4.2.3 ± Sondagem Mista (SPT + Rotativa). 78. 4.2.4 ± Visitas de Campo e Estudos Geológicos. 79. 4.2.5 ± Coleta e Extração das Amostras. 79. 4.2.6 ± Perfis de Umidade. 81. 4.2.7 ± ,QVWDODomRGH3LH]{PHWURVH2EVHUYDomRGDYDULDomRGR1tYHO'¶iJXD. 81. 4.3 ± Ensaios de Caracterização Física, Química, Mineralógica e de Compactação. 81.

(15) xi 4.3.1 ± Caracterização Física dos Solos. 81. 4.3.2 ± Ensaios de Compactação do Solo do Topo da Falésia. 82. 4.3.3 ± Caracterização do Cimento. 83. 4.3.4 ± Caracterização Química dos Solos. 85. 4.3.5 ± Caracterização Mineralógica dos Solos. 85. 4.4 ± Apresentação dos Equipamentos Usados nos Ensaios Triaxiais e Calibrações. 86. 4.4.1 ± Planejamento, Aquisição e Implantação de Novos Equipamentos. 86. 4.4 2 ± Procedimentos de Calibração. 90. 4.4 3 ± Informações Técnicas Sobre os Dispositivos. 96. 4.5 ± Ensaios Triaxiais Drenados 4.5.1 ± Preparação das Amostras. 101 106. 4.5.2 ± Montagem, Percolação, Saturação e Adensamento das Amostras Ensaiadas. 108. 4.5.3 ± Cisalhamento, Desmontagem do Ensaio e Exumação das Amostras Ensaiadas. 112. 4.5.4 ± Considerações Finais Sobre a Execução dos Ensaios de Compressão Triaxial. 113. 4.6 ± Ensaios de Compressão Simples. 115. CAPÍTULO V ± CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA. 117. 5.1 ± Sondagens de Simples Reconhecimento. 120. 5.2 ± Sondagem Mista (SPT + Rotativa). 121. 5.3 ± Dados Piezométricos e Perfis de Umidade. 124. 5.4 ± Ensaios Físicos. 127. 5.4.1 ± Solo Topo. 128. 5.4.2 ± Solo Meio. 130. 5.4.3 ± Solo Base. 132. 5.5 ± Análise Química dos Solos. 135.

(16) xii 5.6 ± Análise Mineralógica dos Solos. 137. 5.6.1 ± Análise Mineralógica Morfoscópica da Fração Graúda. 137. 5.6.2 ± Análise Mineralógica por Difratograma de Raio X da Fração Fina. 142. 5.7 ± Ensaios Triaxiais Drenados com Amostras Indeformadas e Compactadas. 144. 5.8 ± Parâmetros de Resistência das Amostras Indeformadas e Compactadas. 150. 5.9 ± Rigidez das Amostras Indeformadas e Compactadas. 154. 5.10 ± Módulo Cisalhante Inicial das Amostras Indeformadas e Compactadas. 156. 5.11 ± Dilatância das Amostras Indeformadas e Compactadas. 158. CAPÍTULO VI ± APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS TRIAXIAIS AMOSTRAS CIMENTADAS ARTIFICIALMENTE. 162. 6.1 ± Ensaios Triaxiais Drenados com Amostras Cimentadas Artificialmente. 162. 6.2 ± Parâmetros de Resistência das Amostras Cimentadas Artificialmente. 174. 6.3 ± Ensaios Triaxiais Drenados Com Amostras Cimentadas Artificialmente ± Efeito da Densidade e do Teor de Cimento. 180. 6.3.1 ± Ensaios Triaxiais Drenados com 20 kPa de Tensão Confinante. 180. 6.3.1.1 ± Amostras com a Mesma Porcentagem de Cimento ± Efeito da Densidade. 181. 6.3.1.2 ± Amostras com Mesmo Peso Específico Aparente Seco ± Efeito do Teor de Cimento. 185. 6.3.2 ± Ensaios Triaxiais Drenados com 100 kPa de Tensão Confinante. 189. 6.3.2.1 ± Amostras com a Mesma Porcentagem de Cimento ± Efeito da Densidade. 190. 6.3.2.2 ± Amostras com Mesmo Peso Específico Aparente Seco ± Efeito do Teor de Cimento. 194. 6.3.3 ± Ensaios Triaxiais Drenados com 300 kPa de Tensão Confinante. 199. 6.3.3.1 ± Amostras com a Mesma Porcentagem de Cimento ± Efeito da Densidade. 199. 6.3.3.2 ± Amostras com Mesmo Peso Específico Aparente Seco ± Efeito do Teor de Cimento. 203.

(17) xiii 6.4 ± Efeito da Cimentação e da Densidade na Resistência Mecânica. 209. 6.4.1 ± Curvas Tensão Versus Fator Vazios/Cimento com Coeficiente de Ajuste. 212. 6.4.2 ± Comparação dos Efeitos da Cimentação nas Amostras com Cimentação Artificial e com as Amostras Naturais. 213. 6.5 ± Análise da Rigidez das Amostras Cimentadas Artificialmente. 219. 6.5.1 ± Análise Comparativa dos Efeitos da Rigidez nas Amostras. 224. 6.5.2 ± Efeitos da Utilização dos Sensores de Deformação Interna na Medida da Rigidez das Amostras. 229. 6.6 ± Comportamento Tensão X Dilatância das Amostras Cimentadas Artificialmente. 230. CAPÍTULO VII ± CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA FALÉSIA NA PONTA DO PIRAMBU CONSIDERANDO A CIMENTAÇÃO DO SOLO. 241. 7.1 ± Perfil Geológico-geotécnico da Encosta. 241. 7.2 ± Parâmetros Geotécnicos das Camadas da Encosta. 250. 7.3 ± Processos Naturais Atuantes na Falésia da Ponta do Pirambu. 253. CAPÍTULO VIII ± CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS. 257. 8.1 ± Conclusões. 258. 8.2 ± Sugestões Para Futuras Pesquisas. 265. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 266. ANEXO 1 ± SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO NA PONTA DO PIRAMBU. 278.

(18) xiv. LISTA DE FIGURAS CAPÍTULO II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE SOLOS CIMENTADOS. Figura 2.1.. Comportamento esquemático de solos ideais e estruturados. Figura 2.2.. Comparação entre o comportamento estruturado e desestruturado na compressão isotrópica ou unidimensional Curvas tensão-deformação e variação volumétrica em ensaios triaxiais sob várias tensões de confinamento para um calcário poroso Falésias na Califórnia central. Figura 2.3. Figura 2.4.. 8 15 17 24. Figura 2.8.. Comportamento idealizado de um solo cimentado onde o efeito da cimentação é preponderante Comportamento idealizado de um solo cimentado onde o efeito da componente friccional é preponderante Tensão versus fator vazios/cimento expresso através da porosidade do material (n) e do teor volumétrico de cimento (SRAB) Relação I¶ versus fator vazios/cimento SRAB e areia de Osório. 39. Figura 2.9.. 5HODomRF¶YHUVXVIDWRUYD]LRVFLPHQWR65$%HDUHLDGH2VyULR. 39. Figura 2.10.. Resistência à compressão simples x fator vazios/cimento com coeficiente de ajuste de curvas para diversos materiais Tensão versus fator vazios/cimento com coeficiente de ajuste das curvas para o SRAB diversas tensões confinantes Tensão versus fator vazios/cimento da areia de Osório para diversas tensões de confinamento. Figura 2.5. Figura 2.6. Figura 2.7.. Figura 2.11. Figura 2.12.. 31 32 38. 40 40 41. CAPÍTULO III. CARACTERISTICAS GERAIS DA ÁREA DE ESTUDO. Figura 3.1.. Área de estudo em Tibau do Sul - RN. 48. Figura 3.2.. Erosão pluvial em encostas. 59. Figura 3.3.. Processos erosivos na área estudada. 60. Figura 3.4.. Erosão superficial na face da falésia no trecho norte. 62. Figura 3.5.. Escorregamentos. 63. Figura 3.6.. Escorregamentos no trecho central da área estudada. 65. Figura 3.7.. Quedas e tombamentos de blocos. 66. Figura 3.8.. Quedas e tombamentos de materiais das falésias. 66. Figura 3.9.. Incisões na base da falésia formadas pela ação das ondas. 67. Figura 3.10.. Perfil tipo I. 68. Figura 3.11.. Perfil tipo II. 68. Figura 3.12.. Perfil tipo III. 69.

(19) xv Figura 3.13.. Esquema do trecho norte. 72. Figura 3.14.. Falésia na Ponta do Pirambu - Tibau do Sul ± RN. 73. Figura 3.15.. Falésia localizada trezentos metros ao norte da Ponta do Pirambu. 74. Figura 3.16.. Visão das infra-estruturas de lazer oferecidas pelo empreendimento. 75. Figura 3.17.. Acesso aos equipamentos de lazer na base da falésia. 75. CAPÍTULO IV. PROGRAMA EXPERIMENTAL E METODOLOGIA DAS ATIVIDADES DE CAMPO E LABORATÓRIO Figura 4.1.. Blocos das camadas do perfil da falésia. 80. Figura 4.2.. Curvas de compactação do solo topo da falésia da Ponta do Pirambu. 82. Figura 4.3. Figura 4.4.. Equipamentos instalados no laboratório Instrumentação da UFPE Calibração do extensômetro externo GEFRAN. Figura 4.5.. Calibração da célula de carga externa HBM. 91. Figura 4.6.. Calibração do medidor de volume ELE International. 91. Figura 4.7.. Calibração do transdutor de pressão Transtec (13706). 92. Figura 4.8.. Calibração do transdutor de pressão Transtec (13707). 92. Figura 4.9.. Calibração do sensor de efeito Hall - Axial 1. 93. Figura 4.10.. Calibração do sensor de efeito Hall - Axial 2. 94. Figura 4.11.. Calibração do sensor de efeito Hall - Radial. 94. Figura 4.12.. Diagrama de blocos do sistema. 96. Figura 4.13.. Gráfico de resposta do programa da HP (Graphics Setup). 97. Figura 4.14. Figura 4.15.. DIN 5 pinos - padrão Laboratório de Geotecnia e Instrumentação da UFPE Esquema elétrico do sistema de aquisição de dados. 98. Figura 4.16.. Esquema do conector DIN 43650. 99. Figura 4.17.. Esquema elétrico e pinagem dos sensores de efeito Hall. 99. Figura 4.18.. Esquema elétrico do transdutor de deslocamento GEFRAN. 100. Figura 4.19.. Seqüência do procedimento de moldagem das amostras. 108. Figura 4.20.. Seqüência de instalação da amostra na célula triaxial. 110. Figura 4.21.. Amostra pronta para o cisalhamento na prensa Wykeham-Farrance. 112. Figura 4.22.. Amostra CID(2)100A3 rompida na célula triaxial e conseqüente 113 desmontagem do ensaio Resistência à compressão simples de amostras rompidas na condição 115 saturada com teores de cimento de 2%, 5% e 10%. Figura 4.23.. de. Geotecnia. e. 89 90. 98.

(20) xvi Figura 4.24.. Curva tensão versus fator vazios/cimento com coeficiente de 116 ajusteom teores de cimento de 2%, 5% e 10%. CAPÍTULO V. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA. Figura 5.3.. Planta topográfica da falésia da Ponta do Pirambu com a localização 118 dos furos de sondagem e piezômetros instalados Perfil vertical da falésia com os furos de sondagem, piezômetros e 119 local da coleta dos blocos indeformados Sondagem de simples reconhecimento (SPT) 120. Figura 5.4. Sondagem mista (SPT + rotativa). Figura 5.5. Figura 5.6.. Perfil de sondagem mista (SPT + rotativa) no topo da falésia da Ponta 122 do Pirambu Piezômetro de máxima tipo Casagrande 124. Figura 5.7.. Perfis de umidade da falésia entre 2007 e 2011. 126. Figura 5.8.. Curva granulométrica com e sem defloculante solo do bloco B1. 128. Figura 5.9.. Curva granulométrica com e sem defloculante do solo do bloco B2. 130. Figura 5.10.. Curva granulométrica com e sem defloculante do solo do bloco B3. 132. Figura 5.11.. Ensaios de dispersividade com as amostras dos blocos B1, B2 e B3. 134. Figura 5.12. Figura 5.13.. Análise mineralógica morfoscópica fração pedregulho e areia do bloco 137 B1 Análise mineralógica morfoscópica fração pedregulho do bloco B2 138. Figura 5.14.. Análise mineralógica morfoscópica fração areia do bloco B2. Figura 5.15.. Figura 5.23.. Análise mineralógica morfoscópica fração pedregulho e areia do bloco B3 Análise mineralógica morfoscópica fração pedregulho da camada fortemente cimentada Análise mineralógica morfoscópica fração areia da camada fortemente cimentada Difratograma de Raio X da fração fina das camadas da falésia da Ponta do Pirambu Tensão-GHIRUPDomR YDULDomR YROXPpWULFD H HQYROWyULD S¶ x q) do bloco B1 Tensão-deformação, variaçãR YROXPpWULFD H HQYROWyULD S¶ x q) do bloco B2 Tensão-GHIRUPDomR YDULDomR YROXPpWULFD H HQYROWyULD S¶ x q) do bloco B3 Tensão-GHIRUPDomR YDULDomR YROXPpWULFD H HQYROWyULD S¶ x q) das amostras compactadas A1 Envoltória transformada de pico das amostras do bloco do topo ± B1. Figura 5.24.. Envoltória transformada de pico das amostras do bloco do meio ± B2. 151. Figura 5.25.. Envoltória transformada de pico das amostras do bloco da base ± B3. 151. Figura 5.1. Figura 5.2.. Figura 5.16. Figura 5.17. Figura 5.18. Figura 5.19. Figura 5.20. Figura 5.21. Figura 5.22.. 121. 139 140 141 142 143 145 146 147 148 150.

(21) xvii. Figura 5.27.. Envoltória transformada de pico das amostras compactadas solo topo ± 151 A1 Módulo secante x deformação das amostras compactadas A1 154. Figura 5.28.. Módulo secante x deformação das amostras indeformadas B1. 154. Figura 5.29.. Módulo secante x deformação das amostras indeformadas B2. 155. Figura 5.30.. Módulo secante x deformação das amostras indeformadas B3. 155. Figura 5.31. Figura 5.32.. Módulo secante x deformação das amostras indeformadas e 156 compactadas Representação hiperbólica de uma curva tensão-deformação 157. Figura 5.33.. Tensão-dilatância das amostras compactadas A1. 159. Figura 5.34.. Tensão-dilatância das amostras do bloco B1. 159. Figura 5.35.. Tensão-dilatância das amostras do bloco B2. 160. Figura 5.36.. Tensão-dilatância das amostras do bloco B3. 160. Figura 5.37.. Tensão-dilatância das amostras indeformadas e compactadas. 161. Figura 5.26.. CAPÍTULO VI. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS TRIAXIAIS AMOSTRAS CIMENTADAS ARTIFICIALMENTE Figura 6.1.. Tensão-deformação, variação vROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶x q) ± 2 A1 164. Figura 6.2.. Tensão-GHIRUPDomRYDULDomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶x q) ± 2 A2 165. Figura 6.3.. Tensão-GHIRUPDomRYDULDomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶[T

(22) ± 2 A3 166. Figura 6.4.. Figura 6.7.. Tensão-deformação, variaomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶ [T

(23) ± 3,5 A1 Tensão-GHIRUPDomRYDULDomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶ [T

(24) ± 3,5 A2 Tensão-GHIRUPDomRYDULDomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶ [T

(25) ± 3,5 A3 Tensão-deformDomRYDULDomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶[T

(26) ± 5 A1. Figura 6.8.. Tensão-GHIRUPDomRYDULDomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶[T

(27) ± 5 A2 171. Figura 6.9.. Tensão-GHIRUPDomRYDULDomRYROXPpWULFDHHQYROWyULDV S¶[T

(28) ± 5 A3 172. Figura 6.10.. Envoltórias transformadas de pico das amostras cimentadas - C = 2%. Figura 6.11.. Envoltórias transformadas de pico das amostras cimentadas - C = 3,5% 174. Figura 6.12.. Envoltórias transformadas de pico das amostras cimentadas - C = 5%. 175. Figura 6.13.. Gráfico coesão X peso específico aparente seco. 177. Figura 6.14.. Gráfico ângulo de atrito X peso específico aparente seco. 177. Figura 6.15.. Gráfico coesão X teor de cimento. 178. Figura 6.16.. Gráfico ângulo de atrito X teor de cimento. 178. Figura 6.5. Figura 6.6.. 167 168 169 170. 174.

(29) xviii Figura 6.17.. Correlação entre coesão e o fator vazios/cimento. 179. Figura 6.18.. Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 20 kPa. 182. Figura 6.19.. Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% - C = 2,0%; 182 ı¶c = 20 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 20 kPa 183. Figura 6.20. Figura 6.21. Figura 6.22. Figura 6.23. Figura 6.24. Figura 6.25. Figura 6.26. Figura 6.27. Figura 6.28. Figura 6.29. Figura 6.30. Figura 6.31. Figura 6.32. Figura 6.33. Figura 6.34. Figura 6.35. Figura 6.36. Figura 6.37. Figura 6.38. Figura 6.39. Figura 6.40. Figura 6.41. Figura 6.42. Figura 6.43.. Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% - C = 3,5%; 183 ı¶c = 20 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 20 kPa 184 Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% - C = 5,0%; ı¶c = 20 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd N1Pñ ı¶c = 20kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 17,2 kN/m³; ı¶c = 20kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd = 18,0 kNPñ ı¶c = 20kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 18,0 kN/m³; ı¶c = 20kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd = 18,8 kNPñ ı¶c = 20kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 18,8 kN/m³; ı¶c = 20kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 100 kPa. 184 186 186 187 187 188 188 191. Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± C = 2,0%; 191 ı¶c = 100 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 100 kPa 192 Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± C = 3,5%; 192 ı¶c = 100 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 100 kPa 193 Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± C = 5,0%; ı¶c = 100 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd N1Pñ ı¶c = 100kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 17,2 N1Pñı¶c = 100kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd N1Pñ ı¶c = 100kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 18,0 N1Pñı¶c = 100kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd N1Pñ ı¶c = 100kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 18,8 N1Pñı¶c = 100kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 300 kPa. 193 195 195 196 196 197 197 200. Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± C = 2,0%; 200 ı¶c = 300 kPa.

(30) xix Figura 6.44.. Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 300 kPa. Figura 6.45.. Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± C = 3,5%; 201 ı¶c = 300 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± & ı¶c = 300 kPa 202. Figura 6.46. Figura 6.47. Figura 6.48. Figura 6.49. Figura 6.50. Figura 6.51. Figura 6.52. Figura 6.53. Figura 6.54. Figura 6.55. Figura 6.56. Figura 6.57.. Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± C = 5,0%; ı¶c = 300 kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd = 17,2 k1Pñ ı¶c = 300kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 17,2 N1Pñı¶c = 300kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd N1Pñ ı¶c = 300kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 18,0 N1Pñı¶c = 300kPa Tensão-deformação e variação volumétrica ± Ȗd = 18,8 kN/m³ ı¶c = 300kPa Detalhamento comportamento tensão-deformação até 1% ± Ȗd = 18,8 kN/m³; ı¶c = 300kPa Efeito da cimentação e da densidade na resistência mecânica das DPRVWUDVFRPı¶c = 20 kPa Efeito da cimentação e da densidade na resistência mecânica das DPRVWUDVFRPı¶c = 100 kPa Efeito da cimentação e da densidade na resistência mecânica das DPRVWUDVFRPı¶c = 300 kPa Curvas tensão versus fator vazios/cimento com coeficiente de ajuste. 201. 202 204 204 205 205 206 206 209 210 211 212. Figura 6.62.. Comparação do comportamento tensão-deformação e variação volumétrica entre amostras naturais e cimentadas ensaiadas com 20 kPa de tensão efetiva Comparação do comportamento tensão-deformação e variação volumétrica entre amostras naturais e cimentadas ensaiadas com 100 kPa de tensão efetiva Comparação do comportamento tensão-deformação e variação volumétrica entre amostras naturais e cimentadas ensaiadas com 300 kPa de tensão efetiva Comparação entre formas de ruptura das amostras dos blocos B1, B2, B3 e cimentada artificialmente com tensões confinantes efetivas de 100 kPa Módulo secante das amostras 2A1. Figura 6.63.. Módulo secante das amostras 2A2. 220. Figura 6.64.. Módulo secante das amostras 2A3. 220. Figura 6.65.. Módulo secante das amostras 3,5A1. 221. Figura 6.66.. Módulo secante das amostras 3,5A2. 221. Figura 6.67.. Módulo secante das amostras 3,5A3. 222. Figura 6.68.. Módulo secante das amostras 5A1. 222. Figura 6.69.. Módulo secante das amostras 5A2. 223. Figura 6.58.. Figura 6.59.. Figura 6.60.. Figura 6.61.. 214. 215. 216. 218 219.

(31) xx Figura 6.70.. Módulo secante das amostras 5A3. 223. Figura 6.71.. Módulo secante das amostras com tensão efetiva de 20 kPa. 224. Figura 6.72.. Módulo secante das amostras com tensão efetiva de 100 kPa. 224. Figura 6.73.. Módulo secante das amostras com tensão efetiva de 300 kPa. 225. Figura 6.74.. Módulo secante E25 versus Fator Vazios/cimento das amostras. 226. Figura 6.75.. Módulo secante E(0,05) versus Fator Vazios/cimento das amostras. 226. Figura 6.76.. Módulo secante Epico versus Fator Vazios/cimento das amostras. 227. Figura 6.77.. Módulo de deformabilidade inicial ± amostras cimentadas 228 artificialmente Módulo cisalhante inicial - amostras cimentadas artificialmente 228. Figura 6.78.. Figura 6.80.. Efeito da utilização dos sensores de deformação interna tipo Hall na 229 medida da rigidez das amostras Tensão-dilatância das amostras 2A1 230. Figura 6.81.. Tensão-dilatância das amostras 2A2. 231. Figura 6.82.. Tensão-dilatância das amostras 2A3. 231. Figura 6.83.. Tensão-dilatância das amostras 3,5A1. 232. Figura 6.84.. Tensão-dilatância das amostras 3,5A2. 232. Figura 6.85.. Tensão-dilatância das amostras 3,5A3. 233. Figura 6.86.. Tensão-dilatância das amostras 5A1. 233. Figura 6.87.. Tensão-dilatância das amostras 5A2. 234. Figura 6.88.. Tensão-dilatância das amostras 5A3. 234. Figura 6.89.. Tensão-dilatância das amostras com tensão efetiva de 20 kPa. 235. Figura 6.90.. Tensão-dilatância das amostras com tensão efetiva de 100 kPa. 236. Figura 6.91.. Tensão-dilatância das amostras com tensão efetiva de 300 kPa. 236. Figura 6.92.. Tensão-dilatância das amostras com 2% de cimento. 237. Figura 6.93.. Tensão-dilatância das amostras com 3,5% de cimento. 237. Figura 6.94.. Tensão-dilatância das amostras com 5% de cimento. 238. Figura 6.95.. Tensão-dilatância de todas as amostras cimentadas artificialmente. 239. Figura 6.96.. Tensão-dilatância de todas as amostras, indeformadas, compactadas e 239 cimentadas artificialmente. Figura 6.79.. CAPÍTULO VII. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA FALÉSIA DA PONTA DO PIRAMBU CONSIDERANDO A CIMENTAÇÃO DO SOLOS Fotos do sub-trecho N01 Figura 7.1. 242 Figura 7.2.. Arenitos em frente a falésia da Ponta do Pirambu. 242.

(32) xxi Figura 7.3.. Detalhe da caixa coletora de águas pluviais no topo da falésia. 243. Figura 7.4.. Amostras de solo do perfil geotécnico da falésia da Ponta do Pirambu. 244. Figura 7.5.. Perfil geológico-geotécnico da falésia da Ponta do Pirambu destacando 245 as unidades identificadas no estudo Falésia no sub-trecho N01 - 300m ao norte da falésia da Ponta do 249 Pirambu. Figura 7.6..

(33) xxii. LISTA DE TABELAS CAPÍTULO III. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA ÁREA DE ESTUDO. Tabela 3.1. Tabela 3.2. Tabela 3.3.. Índice de vazios de alguns solos residuais e solos provenientes da Formação Barreiras Parâmetros de resistência de pico de solos provenientes da Formação Barreiras Permeabilidade em solos da Formação Barreiras. 52 53 54. CAPÍTULO IV. PROGRAMA EXPERIMENTAL E METODOLOGIA DAS ATIVIDADES DE CAMPO E LABORATÓRIO Tabela 4.1. Resumo do programa experimental 77 Tabela 4.2.. Ensaios químicos e físicos do lote de cimento CP V - ARI - RS. 85. Tabela 4.3. Tabela 4.4.. Programa de ensaios triaxiais do tipo CID - solo cimentado 104 artificialmente Ensaios triaxiais do tipo CID com amostras cimentadas artificialmente 105. Tabela 4.5.. Programa de ensaios triaxiais do tipo CID com amostras indeformadas. 105. Tabela 4.6.. Valores do parâmetro B para solos típicos na saturação. 111. CAPÍTULO V. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA. Tabela 5.1.. Caracterização do solo do bloco B1. 129. Tabela 5.2.. Caracterização do solo do bloco B2. 131. Tabela 5.3.. Caracterização do solo do bloco B3. 132. Tabela 5.4.. Resumo dos ensaios de caracterização. 133. Tabela 5.5.. Resumo dos principais compostos químicos presentes nas amostras dos 136 blocos e da camada fortemente cimentada Ensaios triaxiais drenados com amostras indeformadas e compactadas 144. Tabela 5.6. Tabela 5.7. Tabela 5.8.. Parâmetros de resistência das amostras compactadas e dos blocos 152 indeformados Módulos cisalhante e de deformabilidade iniciais para as amostras 158 indeformadas e compactadas. CAPÍTULO VI. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS TRIAXIAIS AMOSTRAS CIMENTADAS ARTIFICIALMENTE Tabela 6.1.. Ensaios triaxiais drenados artificialmente cimentados. 163.

(34) xxiii. Tabela 6.4.. Parâmetros de resistência das amostras cimentadas artificialmente 175 ordenadas pelo teor de cimento Parâmetros de resistência das amostras cimentadas artificialmente 176 ordenados pelo peso específico aparente seco Ensaios triaxiais drenados ± ı¶c = 20 kPa 180. Tabela 6.5.. Ensaios triaxiais drenados ± ı¶c = 100 kPa. 190. Tabela 6.6.. Ensaios triaxiais drenados ± ı¶c = 300 kPa. 199. Tabela 6.2. Tabela 6.3.. CAPÍTULO VII. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA FALÉSIA DA PONTA DO PIRAMBU CONSIDERANDO A CIMENTAÇÃO DO SOLOS Tabela 7.1.. Parâmetros de resistência dos solos da falésia da Ponta do Pirambu. 252.

(35) xxiv LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. ASTM. American Society for Testing and materials. CID. Consolidado isotropicamente drenado. CIU. Consolidado isotropicamente não drenado. CP V ± ARI - RS Cimento Portland de alta resistência inicial resistente a sulfatos DNPM. Departamento Nacional de Pesquisa Mineral. DRX. Difratograma de raios X. EMBRAPA. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. FB. Formação Barreiras. FS. Fator de Segurança. FSP. Trajetória de tensão de campo. GEGEP. Grupo de Engenharia Geotécnica de Encostas e Planícies da UFPE. HSSR. Solos duros e rochas brandas. IFRN. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do RN. LAGESE. Laboratório de Geologia Sedimentar do Departamento de Geologia da UFPE Linha de compressão virgem intrínseca do solo. LCVI. LVDT. Laboratório de Ensaio Geotécnico e Geotecnologia Ambiental ± UFRGS Linear Variation Displacement Transductor. MEV. Microscópio eletrônico de varredura. NBR. Norma Brasileira Registrada. NEG-LABISE NP. Núcleo de Estudos Geoquímicos do Laboratório de Isótopos Estáveis da UFPE Não plástico. SPT. Standard Penetration Test. SRAB. Solo Residual do Arenito Botucatu. SUCS. Sistema Unificado de Classificação dos Solos. UCS. Resistência à compressão não confinada. UFCG. Universidade Federal de Campina Grande. UFPE. Universidade Federal de Pernambuco. UFRPE. Universidade Federal Rural de Pernambuco. UFRGS. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. UFRN. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. LEGG.

(36) xxv LISTA DE SÍMBOLOS. a. Massa de água. B. Parâmetro de poropressão de Skempton. c. Coesão. F¶. Coesão efetiva. C ci. Teor de cimento calculado em relação à massa do solo seco em porcentagem Massa de cimento. CL. Argila de baixa plasticidade. Civ. Teor volumétrico de cimento expresso em porcentagem. Cu. Coeficiente de uniformidade. D10. Diâmetro efetivo. E. E25. Módulo de deformação axial secante, módulo de deformabilidade ou módulo de Young Módulo de deformabilidade inicial ou módulo de deformação tangente Módulo de deformação secante medido a 0,05% de deformação axial Módulo de deformação secante a 25% da resistência de ruptura. EPico. Módulo de deformação secante na ruptura. e. Índice de vazios do solo. g. Aceleração da gravidade 10,0 m/s². G. Módulo cisalhante. G0. Módulo cisalhante inicial. Gmáx. Módulo cisalhante máximo. Gs. Peso específico relativo dos grãos. Ia. Índice de atividade do solo. IP. Índice de plasticidade. k. Coeficiente de permeabilidade. LL. Limite de liquidez. LP. Limite de plasticidade. M. 5HODomRTS¶QRHVWDGRFUtWLFR. ML. Silte de baixa compressibilidade. n. Porosidade ou porosidade da mistura compactada. NSPT. Índice de Penetração. Ei E(0,05).

(37) xxvi n/(Civ). Fator vazios/cimento. P. Ondas primárias ou de compressão. S¶. Tensão efetiva normal média. PD. Porcentagem de dispersividade do solo. q. Tensão desvio. qu. Resistência à compressão simples ou não confinada. qt. Resistência à tração. qmáx. Resistência de pico no ensaio triaxial. S. Ondas secundárias ou de cisalhamento. Sr. Grau de Saturação. SC. Areia argilosa. Su. Resistência ao cisalhamento não-drenada. V¶. Valor médio das tensões efetivas principais maior e menor. t. Tensão cisalhante efetiva. u ou uw. Poropressão. Vci. Volume de cimento. Vp. Velocidade da onda de compressão. Vs. Velocidade da onda cisalhante. Vv. Volume de vazios. Ȟ= 1 + e. Volume específico. w. Teor de umidade. wsat. Umidade de saturação. Y. Ponto de escoamento ou plastificação.

(38) xxvii. Ȗ. Peso específico aparente. Ȗa ou Ȗw. Peso específico da água. Jd. Peso específico aparente seco. JS. Peso específico dos grãos. Ƚ. İa. 9DORUGRtQGLFHGHYD]LRVFRUUHVSRQGHQWHDS¶ QDOLQKDGHHVWDGR crítico Gradiente da linha de compressão virgem intrínseca no espaço ORJS¶Ȟ Deformação axial. İarup. Deformação axial na ruptura. İv ǻ99. Deformação volumétrica. I. Ângulo de atrito. I¶Ɏ¶ ou ĳ¶. Ângulo de atrito efetivo. Ics, Ic ou Icrit. Ângulo de atrito crítico. I¶m. Ângulo de atrito mobilizado. ȡ. Massa específica do solo. Q. Coeficiente de Poisson. įİvįİs. Taxa de dilatação ou Dilatância. V. Tensão total ou normal. ıc. Tensão confinante efetiva ou confinante isotrópica. Vn. Tensão normal. Va. Tensão total axial. V¶a. Tensão efetiva axial. Vr. Tensão total radial. V¶r. Tensão efetiva radial. Vv. Tensão normal vertical. V1. Tensão principal maior. V¶1. Maior tensão principal efetiva. V3. Tensão de confinamento ou principal menor. Ĳ. Tensão cisalhante. Ĳcrít.. Tensão crítica de cisalhamento do solo. ȥ. Ângulo de dilatância. Ȝ.

(39) CAPÍTULO I. INTRODUÇÃO. 1.1.. Relevância e Justificativa do Trabalho. Do ponto de vista da origem os solos podem ser residuais ou autóctones, transportados ou alotóctones e orgânicos. Independentemente da origem dos solos, um aspecto marcante no seu esqueleto estrutural e, por conseguinte no seu comportamento mecânico são as ligações entre as partículas.. Os modelos utilizados na Mecânica dos Solos Clássica foram desenvolvidos considerando que o comportamento dos solos depende essencialmente do índice de vazios (no caso de areias) e da história de tensões (em se tratando de solos argilosos). Entretanto, em várias partes do mundo e em particular no Brasil, é comum a existência de solos com ligações entre as partículas. Essa constatação tem levado ao desenvolvimento de pesquisas no sentido de compreender o comportamento desses solos e assim contribuir para a modelagem adequada a ser empregada na solução dos problemas de engenharia geotécnica.. O comportamento tensão-deformação, a rigidez e a resistência ao cisalhamento de solos estruturados variam com a magnitude e o tipo de ligação entre as partículas. O efeito da estrutura provocado pela cimentação assume maior importância sob baixos níveis de tensão, onde a coesão efetiva exerce uma importante função nas obras de terra, sobretudo na estabilidade superficial de taludes. É freqüente a existência de encostas e taludes de corte íngremes (quase verticais) cuja estabilidade é mantida pelas ligações entre partículas. No entanto, uma instabilização súbita pode ocorrer caso ocorra a quebra dessas ligações.. O conhecimento do comportamento e das variáveis que influenciam o comportamento de solos estruturados é importante em vários problemas tratados na Engenharia Geotécnica.. O Grupo de Engenharia Geotécnica de Encostas e Planícies da UFPE (GEGEP) vem desenvolvendo diversos estudos e projetos na área de erosão, movimentos de massa, recuperação de taludes de corte e encostas naturais e gestão de risco de 1.

(40) escorregamentos em áreas urbanas e encostas não ocupadas. Esta tese está dentro dessa linha de pesquisa e trata de um estudo experimental do comportamento de solos com cimentação natural e cimentação artificial, através da realização de atividades de campo em uma falésia da Formação Barreiras e ensaios de laboratório nos solos dessa falésia.. Através das atividades de campo identificaram-se os mecanismos naturais da dinâmica superficial atuantes na falésia e obtiveram-se subsídios para sua caracterização geológico-geotécnica. Em laboratório foram realizados ensaios físicos, químicos, mineralógicos dos solos que compõem o perfil geotécnico dessa falésia e ensaios triaxiais do tipo CID (consolidados isotropicamente drenados) em amostras com dimensões de dez centímetros de diâmetro e vinte centímetros de altura, com medidas de pequenas deformações internas com o uso de sensores de efeito Hall.. Foram analisados os aspectos tensão-deformação, resistência ao cisalhamento, rigidez e dilatância dos solos que compõem as camadas dessa falésia, com vistas a identificar a contribuição da cimentação do solo no comportamento da mesma.. Inicialmente realizou-se o estudo em amostras indeformadas do solo. Em seguida o estudo foi desenvolvido em amostras cimentadas artificialmente, com vistas a analisar o efeito da intensidade da cimentação sobre o comportamento mecânico dos solos. O solo empregado na pesquisa é de origem sedimentar da Formação Barreiras, tanto para os ensaios com cimentação artificial como para os ensaios realizados em amostras indeformadas e amostras compactadas sem cimento.. As amostras foram coletadas em uma falésia na Ponta do Pirambu localizada no município de Tibau do Sul na região costeira oriental do estado do Rio Grande do Norte, localizada sessenta quilômetros ao sul de Natal.. Estudos anteriores realizados na área de Tibau do Sul indicam que a cimentação entre as partículas desenvolve influência positiva na estabilidade de taludes que formam falésias (Silva, 2003; Santos Jr. et al., 2004c; Santos Jr. et al., 2005; Braga, 2005; Severo, 2005), no entanto a quantificação da influência da cimentação ainda necessitava de estudos mais detalhados. Portanto, espera-se com os resultados deste estudo apresentar dois tipos de contribuição. A primeira é de natureza científica, através 2.

(41) da compreensão do efeito das ligações entre as partículas no comportamento geomecânico de solos tropicais cimentados.. A segunda tem implicações regionais, uma vez que o solo da Formação Barreiras constitui-se em importante unidade geológica presente em todo o litoral nordestino e se estende do Amapá no litoral norte até o Rio de Janeiro no litoral leste, recobrindo depósitos sedimentares mesozóicos de diversas bacias costeiras. Assim, este trabalho se propõe a apresentar subsídios e contribuir para a solução de problemas de engenharia, como estabilidade de encostas, estabilidade de cortes e aterros, segurança em escavações e melhoramento de solos para fins de pavimentação e fundações.. 1.2. Objetivos. 1.2.1. Geral. Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de realizar a caracterização geotécnica de uma falésia da Formação Barreiras na Ponta do Pirambu e estudar a influência da cimentação do solo no seu comportamento.. 1.2.2. Específicos. Estudar. o. comportamento. tensão±deformação. de. solos. cimentados. naturalmente e artificialmente: visa o estabelecimento de padrões de comportamento tensão±deformação de solos da Formação Barreiras com cimentação natural e cimentado artificialmente.. Estabelecer o comportamento dos solos da Formação Barreiras em função do fator vazios/cimento: visa identificar o efeito do grau de cimentação e do índice de vazios sobre a resistência ao cisalhamento.. Realizar sondagens a percussão, a trado e mista (SPT + rotativa) e instalar piezômetros na falésia para acompanhar o seu comportamento ao longo do tempo: visa identificar e interpretar os mecanismos envolvidos na fenomenologia de instabilização da encosta da Formação Barreiras na Ponta do Pirambu. 3.

(42) 1.3. Organização da Tese. Esta tese é composta de oito capítulos, inicialmente um capítulo introdutório (Capítulo I) onde são apresentados os objetivos, a justificativa do trabalho e a organização da tese.. Uma revisão bibliográfica sobre solos cimentados é apresentada no Capítulo II, que aborda o comportamento de solos cimentados naturalmente e solos cimentados artificialmente, demonstrando que as ligações entre partículas são comuns em vários materiais de origem geológica como os solos duros e as rochas brandas. Analisa-se a influência do grau de cimentação e compactação, na rigidez, resistência mecânica e dilatância de diversos solos GHQRPLQDGRV³HVWUXWXUDGRV´. No capítulo III é apresentada uma descrição geral da área de estudo, abordando tópicos sobre os sedimentos da Formação Barreiras, que é a principal unidade geológica dessa área; é feita a caracterização morfológica, geológico-geotécnica e mineralógica da área e são elencados e descritos os processos naturais da dinâmica das falésias na região de Tibau do Sul - RN. Além do mais, é apresentada a falésia estudada na Ponta do Pirambu.. O Capítulo IV apresenta o programa experimental e a metodologia das atividades de campo e de laboratório. São descritos os equipamentos desenvolvidos para a realização dos trabalhos, as calibrações realizadas nesses equipamentos e discutida a sistemática empregada para moldagem das amostras, montagem e execução dos ensaios triaxiais CID com medidas de pequenas deformações. É apresentado os resultados dos ensaios de compressão simples realizados durante a definição do programa experimental e mostrado ainda a caracterização física, química e mineralógica do cimento empregado na confecção dessas amostras, bem como as características de compactação do solo usado nos ensaios das amostras cimentadas artificialmente.. No Capítulo V são apresentados os resultados das atividades de campo como os perfis de umidade e de resistência à penetração expressa pelo N spt da sondagem de simples reconhecimento e da sondagem mista. São apresentados e discutidos os 4.

(43) resultados dos ensaios de laboratório realizados com as amostras dos blocos indeformados e amolgadas dos solos. Resultados estes que compreendem desde ensaios físicos, químicos e mineralógicos dos solos estudados, bem como os ensaios triaxiais do tipo CID em amostras com medidores de pequenas deformações realizados com amostras indeformadas e em amostras compactadas sem cimentação. Foi estudado o comportamento tensão-deformação das amostras naturais com a definição de seus respectivos parâmetros de resistência mecânica. Além disso, foram analisados a rigidez e a dilatância dessas amostras.. No Capítulo VI são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios de laboratório do tipo triaxiais CID realizados com as amostras cimentadas artificialmente. Foi estudado o comportamento tensão-deformação das amostras com a definição de seus respectivos parâmetros de resistência mecânica. Foram analisados os efeitos do teor de cimentação e da densidade sobre a rigidez e dilatância. A análise foi feita a partir do uso do fator vazios/cimento.. O Capítulo VII apresenta a caracterização geológico-geotécnica da Falésia da Ponta do Pirambu em Tibau do Sul ± RN. São analisados os resultados da instrumentação e das atividades de campo, como a leitura dos piezômetros, a realização das sondagens de simples reconhecimento, a trado e sondagem mista (SPT + rotativa), bem como da coleta de amostras amolgadas e indeformadas das principais camadas da falésia. Apresenta ainda, o perfil geológico-geotécnico da encosta acompanhado do perfil de umidade e de resistência à penetração expressa pelo N spt na estação chuvosa e os parâmetros de resistência mecânica dos solos das camadas da falésia, com vistas a entender os processos naturais atuantes nessa falésia e seu comportamento ao longo do tempo.. E por fim no Capítulo VIII são expostas todas as conclusões deste estudo, bem como recomendações e sugestões para futuras pesquisas.. 5.

(44) CAPÍTULO II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE SOLOS CIMENTADOS. Esta tese trata de solos cimentados naturalmente e artificialmente, considera que todos aqueles materiais que tem seu comportamento geotécnico afetado por outros fatores que não a densidade inicial e a história de tensões recebem a denominação de solos estruturados conforme Leroueil e Vaughan (1990), aí incluídos os fatores como ligações fisico-químicas, cimentação entre as partículas, arranjo espacial, entre outros.. Este capítulo apresenta uma revisão bibliográfica sobre solos estruturados, abordando o comportamento de solos cimentados naturalmente, tanto residuais como sedimentares, e o comportamento de solos cimentados artificialmente, demonstrando que as ligações entre partículas exercem influência significativa no comportamento dos solos.. 2.1. Considerações Iniciais. Leroueil e Hight (2003) afirmam que a mecânica dos solos clássica foi desenvolvida principalmente na primeira metade do século XX, com a introdução da teoria do adensamento (Terzaghi, 1923), conceito de tensão efetiva (Terzaghi, 1936), conceito de tensão de pré-adensamento (Casagrande, 1936), entendimento das componentes de resistência (Hvorslev, 1937), descrição de consistência e compactação dos solos (Proctor, 1933; Atterberg, 1911) e entendimento do comportamento de solos drenados e não drenados (Bishop; Skempton). A Mecânica dos Solos Moderna nasceu nos anos sessenta do século passado e integrou os conceitos de tensão cisalhante, tensão efetiva média, índice de vazios e deformação cisalhante no mesmo arcabouço, e é referida freqüentemente, como Mecânica dos Solos dos Estados Críticos que abrange conceitos que são extremamente importantes para o entendimento e análise do comportamento dos solos.. Entretanto observou-se que existem importantes aspectos no comportamento dos solos que não eram considerados no conceito de estados críticos. Aspectos tais como: anisotropia, microestrutura, viscosidade, influência da. não saturação,. desenvolvimento de deformações plásticas dentro da superfície do estado limite, influência da localização, efeito da velocidade de deformação, efeito da variação de 6.

(45) temperatura, efeito de descontinuidades como fissuras. Aspectos que exercem influência significativa no comportamento de determinados tipos de solos (LEROUEIL & HIGHT, 2003).. A Mecânica dos Solos Clássica trata de solos simplificados como solos sedimentares, saturados e sem estratificação. De acordo com (Leroueil e Hight, 2003) os conceitos básicos da Mecânica dos Solos dos Estados Críticos foram baseados, em sua maioria, em resultados de ensaios realizados em amostras de argilas reconstituídas e adensadas isotropicamente (Roscoe et al., 1958; Schofield & Wroth, 1968). Desta maneira, os solos ensaiados comportavam-VH FRPR XP ³VROR LGHDO´ VDWXUDGRV FRP comportamento isotrópico e não influenciado por fatores tais como, velocidade de deformação e microestrutura.. Leroueil e Hight (2003) ao analisarem a microestrutura dos solos naturais e rochas, mostram, como indicado por muitos autores, nomeadamente por Burland (1990), Leroueil e Vaughan (1990), Schmertmann (1991), Clayton e Serratrice (1993) e Kavvadas (2000) em seus relatórios síntese que alguns solos naturais e rochas brandas são microestruturados ³bonded´, ou seja, em um determinado índice de vazios, eles podem sustentar tensões mais elevadas do que poderiam com o mesmo material não microestruturadas. Isto é evidente para rochas brandas e é agora reconhecido para a maioria das argilas moles (Tavenas e Leroueil, 1985; Burland, 1990); há também provas da microestrutura nas areias (Mitchell & Solymar, 1984; Schmertmann, 1991), bem como em argilas duras sobreadensadas e folhelhos argilosos (Calabresi e Scarpelli, 1985; Picarelli et al, 2002).. Leroueil e Vaughan (1990) concluíram que a microestrutura é tão importante quanto o índice de vazios inicial e da história de tensões para determinar o comportamento de geomateriais naturais. Isto foi confirmado desde a época em que aspectos específicos dos solos microestruturados têm sido estudados em detalhe. Existem várias causas para o desenvolvimento da microestrutura em solos e rochas: adensamento secundário, tixotropia, cimentação, soldagem a frio, etc. O adensamento secundário fornece um aumento de resistência relacionado à diminuição do índice de vazios. Os outros fatores dão ao solo uma resistência que não pode ser explicada por índice de vazios e história de tensão por si só. 7.

(46) A Figura 2.1 resume as principais diferenças de comportamento mecânico entre os ³solos microestruturDGRV´e "solos ideais". Em comparação com o mesmo solo não microestruturado e no mesmo índice de vazios, o solo tem maior pressão de préadensamento, resistência ao cisalhamento não-drenado e rigidez.. Figura 2.1. Comportamento esquemático de solos ideais e estruturados (Leroueil e Hight, 2003; baseado em Leroueil, 1992) Nas últimas décadas vários trabalhos têm sido desenvolvidos com vistas a compreender o efeito da estrutura e das ligações entre as partículas do solo sobre o seu comportamento mecânico. Os estudos experimentais se referem à realização de ensaios de laboratório e de campo.. 8.